{
 "cells": [
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "# UD05 · Notebook 8 — Sistema experto como controlador de un proceso\n",
    "\n",
    "**Objetivo**: implementar un **controlador experto** que regule la temperatura de una sala,\n",
    "definiendo las especificaciones de respuesta (CE d) y observando cómo influye en el comportamiento\n",
    "del sistema (CE e).\n",
    "\n",
    "Es **práctica**: se trabaja en clase y no se entrega ni puntúa. Es el último de la unidad y da por\n",
    "supuestos los notebooks anteriores, en particular el control difuso del notebook 7."
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "## Antes de empezar\n",
    "\n",
    "Python 3.10+ con `experta`. Recuerda el **parche de compatibilidad** (`collections.Mapping`\n",
    "desapareció en Python 3.10):\n",
    "\n",
    "```python\n",
    "import collections, collections.abc\n",
    "if not hasattr(collections, 'Mapping'):\n",
    "    collections.Mapping = collections.abc.Mapping\n",
    "    collections.Iterable = collections.abc.Iterable\n",
    "    collections.MutableMapping = collections.abc.MutableMapping\n",
    "```"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "## Fase 1 — La planta\n",
    "\n",
    "Escribe el modelo de la sala: dada una temperatura y una potencia, devuelve la temperatura del\n",
    "siguiente instante. Tiene inercia térmica y pierde calor hacia el exterior."
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "metadata": {},
   "execution_count": null,
   "outputs": [],
   "source": [
    "def simular_planta(temp, potencia, dt=1.6, inercia=0.05, exterior=15.0):\n",
    "    \"\"\"Modelo simple de una sala con inercia termica.\"\"\"\n",
    "    # TU CÓDIGO\n",
    "    ..."
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "**✏️ Respuesta**: ¿qué representa cada parámetro? ¿Qué pasaría con `inercia = 0`?\n",
    "\n",
    "*(escribe aquí)*"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "## Fase 2 — El controlador experto\n",
    "\n",
    "Cuatro reglas sobre el **error** (consigna − temperatura): error grande → máxima potencia, error\n",
    "medio → media, error pequeño → baja, error negativo → apagar.\n",
    "\n",
    "### Dos trampas que te van a costar tiempo\n",
    "\n",
    "**1. El condicional va envuelto en `P(...)`.** `experta` compara el valor de un campo de un `Fact`\n",
    "por **igualdad**, no lo evalúa: si escribes `Fact(error=lambda e: e > 3)`, la regla busca un hecho\n",
    "cuyo `error` sea literalmente esa función, y nunca lo encuentra. `P(...)` es el *constraint* de\n",
    "predicado de `experta`: le dice al motor «aplica esta función al valor del campo y compara el\n",
    "resultado con verdadero». Sin `P()`, el controlador se queda **congelado con potencia 0** para\n",
    "siempre, y no parece un error evidente porque no lanza ninguna excepción.\n",
    "\n",
    "**2. El motor necesita `reset()` en cada paso**, o los `DefFacts` no se recargan.\n",
    "\n",
    "Con estos parámetros, la temperatura entra en la banda 20,5-21,5 ºC hacia el paso 5 y se estabiliza\n",
    "en torno a **21,4 ºC**, dentro de la especificación."
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "metadata": {},
   "execution_count": null,
   "outputs": [],
   "source": [
    "%pip install experta\n",
    "\n",
    "# experta (2019) rompe en Python 3.10+ porque `collections.Mapping` se eliminó.\n",
    "# Parche de tres líneas antes de importar (ya documentado en la UD00):\n",
    "import collections, collections.abc\n",
    "if not hasattr(collections, 'Mapping'):\n",
    "    collections.Mapping = collections.abc.Mapping\n",
    "    collections.Iterable = collections.abc.Iterable\n",
    "    collections.MutableMapping = collections.abc.MutableMapping\n",
    "\n",
    "from experta import *\n",
    "\n",
    "\n",
    "class ControladorClima(KnowledgeEngine):\n",
    "    def __init__(self, setpoint=21.0):\n",
    "        super().__init__()\n",
    "        self.setpoint = setpoint\n",
    "        self.potencia = 0.0\n",
    "\n",
    "    # TU CÓDIGO: DefFacts, la regla que lee el sensor y las cuatro reglas de potencia\n",
    "    ...\n",
    "\n",
    "    def paso(self, temp):\n",
    "        self._temp = temp\n",
    "        self.reset()\n",
    "        self.run()\n",
    "        return self.potencia\n",
    "\n",
    "\n",
    "ctrl = ControladorClima(setpoint=21.0)\n",
    "temp = 15.0\n",
    "for i in range(200):\n",
    "    potencia = ctrl.paso(temp)\n",
    "    temp = simular_planta(temp, potencia)\n",
    "    if i % 20 == 0:\n",
    "        print(f\"t={i:3d}: temp={temp:.2f}  potencia={potencia:.2f}\")"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "## Fase 3 — Mide las especificaciones de respuesta\n",
    "\n",
    "Añade el código que mida las tres cosas que definen la calidad de la respuesta."
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "metadata": {},
   "execution_count": null,
   "outputs": [],
   "source": [
    "# TU CÓDIGO: mide error en regimen permanente, tiempo de asentamiento y sobreimpulso\n",
    "# - error: temperatura final menos setpoint\n",
    "# - asentamiento: en que paso entra y se queda en la banda 20,5-21,5 C\n",
    "# - sobreimpulso: si supera 21,5 C en algun momento, y cuanto\n",
    "..."
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "**✏️ Respuesta**: rellena la tabla con **tus** números.\n",
    "\n",
    "| Especificación | Valor |\n",
    "|---|---|\n",
    "| Error en régimen permanente | |\n",
    "| Tiempo de asentamiento (pasos) | |\n",
    "| Sobreimpulso máximo | |"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "## Fase 4 — Añade una perturbación\n",
    "\n",
    "En el paso 100, baja la temperatura exterior a 5 ºC: alguien ha abierto una ventana."
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "metadata": {},
   "execution_count": null,
   "outputs": [],
   "source": [
    "# TU CÓDIGO: repite la simulacion con la perturbacion en el paso 100\n",
    "..."
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "**✏️ Respuesta**: ¿mantiene la temperatura en la banda? ¿Cuánto tarda en recuperarse?\n",
    "\n",
    "*(escribe aquí)*"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "## Fase 5 — Analiza la sensibilidad\n",
    "\n",
    "Cambia el umbral de la regla de potencia media (de 3 a 1,5) y repite las medidas de la Fase 3."
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "metadata": {},
   "execution_count": null,
   "outputs": [],
   "source": [
    "# TU CÓDIGO\n",
    "..."
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "**✏️ Respuesta**: la misma tabla, **antes y después** del cambio. ¿Qué le pasa al\n",
    "sobreimpulso? ¿Y al tiempo de asentamiento?\n",
    "\n",
    "| Especificación | Umbral 3 | Umbral 1,5 |\n",
    "|---|---|---|\n",
    "| Error en régimen permanente | | |\n",
    "| Tiempo de asentamiento | | |\n",
    "| Sobreimpulso | | |"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "## Fase 6 — Compara con un PID\n",
    "\n",
    "**✏️ Respuesta**: describe cómo respondería un PID bien sintonizado frente a este controlador\n",
    "experto, y **cuándo usarías cada uno**. No hace falta implementarlo.\n",
    "\n",
    "*(escribe aquí)*"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "## Cierre\n",
    "\n",
    "**✏️ Respuesta**: ¿qué relación tiene un sistema experto con los sistemas híbridos reglas/datos y\n",
    "con la lógica difusa? ¿Cuándo usarías cada uno?\n",
    "\n",
    "*(escribe aquí)*\n",
    "\n",
    "## Qué tienes que tener al terminar\n",
    "\n",
    "La simulación y las explicaciones de las seis fases, en este mismo notebook.\n",
    "\n",
    "| Fase | Evidencia mínima |\n",
    "|---|---|\n",
    "| 1 | La planta simulada y qué representa cada parámetro |\n",
    "| 2 | El controlador experto funcionando, con las reglas que se disparan en cada tramo |\n",
    "| 3 | La **tabla de especificaciones**: error en régimen permanente, tiempo de asentamiento y sobreimpulso |\n",
    "| 4 | La respuesta ante la perturbación, y si se mantiene en la banda |\n",
    "| 5 | La misma tabla **antes y después** de cambiar el umbral |\n",
    "| 6 | La comparación razonada con un PID: cuándo usarías cada uno |\n",
    "\n",
    "Las soluciones no se publican: se corrigen y comentan en clase."
   ]
  }
 ],
 "metadata": {
  "kernelspec": {
   "display_name": "Python 3",
   "language": "python",
   "name": "python3"
  },
  "language_info": {
   "name": "python",
   "version": "3.12"
  }
 },
 "nbformat": 4,
 "nbformat_minor": 5
}